I ricercatori dell'Università di Hokkaido e dell'Amoeba Energy in Giappone hanno, ispirato dall'efficiente comportamento di foraggiamento di un'ameba unicellulare, ha sviluppato un computer analogico per trovare una soluzione affidabile e rapida al problema del commesso viaggiatore, un problema di ottimizzazione combinatoria rappresentativo.

Molte attività applicative del mondo reale come la pianificazione e la programmazione nella logistica e nell'automazione sono formulate matematicamente come problemi di ottimizzazione combinatoria. Computer digitali convenzionali, compresi i supercomputer, sono inadeguate a risolvere questi problemi complessi in un tempo praticamente consentito poiché il numero di soluzioni candidate che devono valutare aumenta esponenzialmente con la dimensione del problema, nota anche come esplosione combinatoria. Così nuovi computer chiamati macchine di Ising, compresi i ricottori quantistici, sono stati attivamente sviluppati negli ultimi anni. Queste macchine, però, richiedono complicate pre-elaborazione per convertire ogni attività nel modulo che possono gestire e hanno il rischio di presentare soluzioni illegali che non soddisfano alcuni vincoli e richieste, determinando grossi ostacoli alle applicazioni pratiche.

Questi ostacoli possono essere evitati utilizzando la nuova "ameba elettronica, ' un computer analogico ispirato da un organismo ameboide unicellulare. L'ameba è nota per massimizzare l'acquisizione di nutrienti in modo efficiente deformando il suo corpo. Ha dimostrato di trovare una soluzione approssimata al problema del commesso viaggiatore (TSP), cioè., data una mappa di un certo numero di città, il problema è trovare il percorso più breve per visitare ogni città esattamente una volta e tornare alla città di partenza. Questa scoperta ha ispirato il professor Seiya Kasai dell'Università di Hokkaido a imitare elettronicamente la dinamica dell'ameba utilizzando un circuito analogico, come descritto nella rivista Scientific Reports. "Il nucleo dell'ameba cerca una soluzione nell'ambiente elettronico in cui i valori di resistenza alle intersezioni delle traverse rappresentano i vincoli e le richieste del TSP, " dice Kasai. Usando le traverse, il layout della città può essere facilmente modificato aggiornando i valori di resistenza senza complicate pre-elaborazioni.

Kenta Saito, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Kasai, ha fabbricato il circuito su una breadboard ed è riuscito a trovare il percorso più breve per il TSP a 4 città. Ha valutato le prestazioni per problemi di dimensioni maggiori utilizzando un simulatore di circuiti. Quindi il circuito ha trovato in modo affidabile una soluzione legale di alta qualità con una lunghezza del percorso significativamente più breve rispetto alla lunghezza media ottenuta dal campionamento casuale. Inoltre, il tempo necessario per trovare una soluzione legale di alta qualità è cresciuto solo linearmente al numero delle città. Confrontando il tempo di ricerca con un algoritmo TSP rappresentativo "2-opt, " l'ameba elettronica diventa più vantaggiosa all'aumentare del numero di città. "Il circuito analogico riproduce bene l'esclusiva ed efficiente capacità di ottimizzazione dell'ameba, che l'organismo ha acquisito per selezione naturale, "dice Kasai.

"Poiché il computer analogico è costituito da un circuito semplice e compatto, può affrontare molti problemi del mondo reale in cui gli input, vincoli, e le richieste cambiano dinamicamente e possono essere incorporate nei dispositivi IoT come microchip a risparmio energetico, " dice Masashi Aono che guida Amoeba Energy per promuovere l'uso pratico dei computer ispirati all'ameba.